江一冲 成光远 兰贵星
辽宁工程技术大学机械工程学院,辽宁 阜新，123000
摘要 : 分析了影响汽轮机轴承自位能力的各种因素,对轴承自位能力差可能造成瓦温升高、顶轴油 压降低等现象和影响进行阐述,提出了针对轴承自位能力差可采取的措施,对该类问题的分析和处 理有一定的参考价值。
关键词 : 轴承 ; 自位能力 ; 影响 ; 分析
大型汽轮机和发电机转子的支持轴承通常采用可倾瓦、圆筒瓦、椭圆瓦等结构,可倾瓦的瓦块小,承力面处于瓦背的中间部位,基本上可认为是点接触,该瓦双向可倾，自位能力强,稳定性也好,但荷重相对较小,一般用于高压转子、中压转子的支持或低压转子的前轴承。本文将对影响球面座轴承自位能力的各种因素以及可能造成的影响加以分析。
1.轴承加工及安装的影响
因轴承自位需要,轴瓦垫块球面与球面座的结合面的加工精度要求很高,通常是要求表 面粗糙度 Ra 达到 1. 6μm, 但实际上往往达不到。有时球面座在加工后还经常出现原材料有 气孔等缺陷 , 需进行局部修复处理。球面的加 工质量直接影响轴承的自位能力 , 表面加工精度越高 , 自位能力就越强 , 因此 , 球面加工质 量是关键。 轴承现场安装时要重点检查球面的粗糙 度、球面与球面座的接触度以及两球面接口处 的间隙。两球形面必须非常光滑 , 其接触面在 每 cm2 上有接触点的面积应占整个球面的 75 % , 并且均匀分布 , 接口处用 0. 03 mm 寒尺 检查应不入。轴承安装后在轴承座内应转动自 如 , 无卡涩 , 具有良好的自位能力。现场安装 时一般是把轴瓦的球面座作为基准面进行检 查 , 若达不到安装要求 , 采用球面与球面座对 研 , 或者对垫块球面进行修刮、研磨、抛光 , 使之符合安装要求 , 否则将影响或降低轴承的自位能力。
2.润滑油系统清洁度
在轴瓦球面与球面座的结合面之间 , 润滑油的存在有利于结合面的相对滑动。但是若系 统润滑油的清洁度不合格 , 油液中带有细小的 颗粒杂质 , 而轴瓦球面与球面座的结合面之间 也存在较小的间隙 , 这些杂质就有可能进入到 球面座的结合面内 , 尤其是硬质颗粒 , 会增加滑动面的摩擦阻力 , 影响轴承的自位能力 , 严重时还会卡涩滑动面 , 使轴承不能自位 , 影响机组的正常运行。 汽轮机厂家对润滑油系统的清洁度通常要求达到 NAS1638 的 7 级标准 , 如果润滑油的清洁度达不到标准 , 就有可能影响轴承的自位能力 , 增大轴承不能自位的风险。
3.轴承座及轴承变形
3.1 转子重量引起轴承座变形
由于低压转子的轴承座直接布置在低压缸的排汽缸上,结构上呈向缸体内部伸展的悬臂结构 , 在轴承座承受低压转子重量后,轴承标高将下降 , 在汽轮机拉钢丝找中心时要求考虑该下降量。因为轴承有自位能力,故轴承下瓦的乌金面仍能保持与轴颈紧贴,这在安装时要进行检查与确认。转子就位后轴瓦本身由于背部垫块布置关系和受力影响 , 可能会发生变形。同时,轴承座的倾斜也会引起球面座表面轻微的变形 , 最终将造成某些垫块球面与球面座之间的结合面出现间隙 , 这时就需要调整轴瓦垫块的调整垫片 , 以保证垫块球面与球面座之间在转子就位后仍有 良好的接触度。
3.2 凝汽器真空引起轴承座变形
凝汽器抽真空时整个低压缸将发生变形 , 使布置在低压缸上的轴承标高降低 , 真空破坏 后轴承标高又将回升。 轴承标高的下降将使轴承座向低压缸内侧倾斜 , 轴承通过自位调整 , 应能使轴瓦表面与轴颈保持平行。但是 , 轴承座的倾斜将使球面 座表面也发生轻微变形 , 从而影响轴承垫块球 面与球面座的结合情况 , 进而影响到轴承的自 位能力 , 这在轴承座变形量过大时是有可能发生的。轴承自位跟踪对汽缸变形而言是相对滞 后的 , 如果短期内汽缸变形过快 , 如突然破坏凝汽器真空 , 有可能出现轴承自位来不及跟踪 的情况。
3.3低压缸温度变化引起缸体变形
特别是在排汽温度升高以及降低过程中 , 变形较为明显 , 通常体现在低压转子差胀以及 振动上。另外 , 低压轴封温度的变化也将引起轴承座部位的变形 , 开始投轴封时影响最明显 , 机组在正常运行时若轴封温度变化太大还可能影响轴承的振动。例如某电厂某号机组在某次在投轴封过程中 , 因操作关系 , 2 h 后才开始抽真空 , 6、7、8 号轴承的顶轴油压在投轴封后发生了明显的变化 , 其中 8 号轴承变化最大 , 顶轴油压在 2 h 内从 9. 87 MPa 慢慢升高到 11. 45 MPa , 6、7 号轴承的变化较小 , 但也有 0. 2～0. 3 MPa 的变化 , 而当时顶轴油母管压力 为 13. 09 MPa , 维持不变 , 开始抽真空后 , 各轴承的顶轴油压都慢慢回复到原值。这种现象说明了轴承座因投轴封会引起变形 , 并影响到 顶轴油压的变化。
3.4 其他因素的影响
为了防止轴承座变形 , 除了提高整个汽缸 和轴承座部位的刚度以外 , 还应控制汽轮机排 汽温度、轴封蒸汽温度以及凝汽器真空等运行 参数的变化。北仑电厂 2 号机因同类型机组出现过同一轴承前侧和后侧瓦温温差超标的问题 , 在现场安装时对低压缸进行全面加固 , 增强了整体刚度 , 机组运行后未出现类似问题。 三门峡电厂和汉川电厂的机组因低压轴承座变形大 , 发生了 4 号瓦振动过大和瓦温过高等问题 , 后来对低压轴承座进行加固处理 , 取得了良好效果。
4.顶轴油压
轴承设置顶轴油的目的是顶起转子 , 一定厚度的油膜使转子处于浮动状态 , 以便减小盘 车动力 , 一般要求将顶轴油压调整至转子在静止状态下轴颈能抬升 0. 05～0. 10 mm。同时 , 顶轴油的存在使转子在升速时易于建立油膜 , 在降速时油膜也不容易遭破坏 , 对转子在低速 状态下降低瓦温非常有利。顶轴油的设置不会 影响轴承自位 , 而轴承倾斜则会影响顶轴油压的建立。当转速降低时油膜厚度越来越薄 , 此时若轴承自位不畅而有倾斜 , 将使轴瓦与轴颈 之间沿轴向形成一个楔形间隙 , 造成顶轴油被 部分泄压 , 降低了顶轴效果 , 轴承倾斜严重时因顶轴油压被泄得太低甚至顶不起转子。 因此 , 在设计上要增强汽缸及轴承座的刚度 , 减少变形 ; 加工上要提高轴承球面及球面座的加工质量 , 保证表面粗糙度 , 安装上要保证轴承球面与球面座的接触度以及润滑油的清 洁度 ; 在机组运行中应防止汽轮机排汽温度、轴封蒸汽温度以及凝汽器真空等参数的突变。 还可以通过提高轴承顶轴油压来减轻轴承自位 能力差所带来的不利影响。 只有在汽轮机设备的设计、加工、安装、 调试和运行的各个阶段都对轴承自位能力引起 高度重视 , 才能从根本上解决轴承自位能力差带来的问题。
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